撰文 | Skin

在動漫《一拳超人》里，主人公琦玉立志變成英雄，每天進行高強度鍛煉后，他終于變禿了（不是），他終于練就了有力量的拳法，據(jù)稱，他能一拳擊敗所有超級怪獸和反派。

不過……此時，一位流體力學(xué)老師坐不住了！為此他特地發(fā)了篇論文，說一拳超人琦玉其實打不死一只蒼蠅或蚊子？

這篇有趣的論文發(fā)表于2024年的一次流體力學(xué)學(xué)術(shù)會議中，來自美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的研究者Sangjin Ryu提到，想象一下，琦玉老師面前有一支蚊蠅，然后他揮拳靠近……然后……

蚊蠅就被吹跑了。

在流體力學(xué)中，這叫做無滑移邊界條件。指的是流體和固體接觸時，它們之間的速度是完全相同的。比如說，為什么下雨天時，車開過水坑會濺起水花？就是因為車輪胎表面那層水膜形成了“邊界層”，這層水的速度等于輪胎速度，而邊界層外的水的速度則和它不同，而這就造成了飛濺的水花。

動漫中也會用這種視覺效果來表示“風(fēng)”。｜圖源網(wǎng)絡(luò)

再比如說，為什么快速揮拳或者扇巴掌時，會覺得有“風(fēng)”，也是同樣的道理，邊界層的空氣的速度=你手的速度，而邊界層外的空氣則和它形成了速度差，也就讓人感受到了風(fēng)。

在論文中，Sangjin Ryu就大概測算了一下，如果琦玉要揮出強力的一拳，手移動的距離是40cm，時間差0.056秒，就能達(dá)成7.2m/s的風(fēng)速，足以把一只蚊蟲吹走了！

在文章中，Sangjin Ryu根據(jù)琦玉揮拳進行了一些風(fēng)速的估算。｜參考資料2

不過，雖然當(dāng)不了“一拳超人”，但如果你打過蒼蠅或蚊子，可能都體驗過“兩巴掌超人”。兩只手合拍，兩側(cè)都有風(fēng)，氣流在手心相遇并停滯，風(fēng)速為0，蚊子被困在其中。另外，Sangjin Ryu還建議琦玉買個蒼蠅拍，因為從流體力學(xué)的角度來看，蒼蠅拍里藏著許多大智慧。

這就是為什么合掌打蚊子蒼蠅，一般都會比較準(zhǔn)的原理。｜參考資料2

蒼蠅拍為什么不會像手一樣形成風(fēng)？因為它中間有很多小孔，空氣可以通過其中，就不會在打蒼蠅時產(chǎn)生過多的氣流干擾。這種有孔洞的表面叫做滲透性邊界。

蒼蠅拍的主要元素就是有孔洞的表面。｜參考資料4

Sangjin Ryu并不是唯一一位對蒼蠅拍感興趣的科學(xué)家，當(dāng)我們了解了蒼蠅拍的基礎(chǔ)原理后，法國和荷蘭的幾位物理學(xué)家則用科學(xué)的角度，找到了從科學(xué)角度看，最好用的蒼蠅拍。

傳統(tǒng)的蒼蠅拍其實就是能讓風(fēng)穿過的鐵絲網(wǎng)。｜參考資料1

蒼蠅拍誕生于1900年，最初是由金屬編織成的一個網(wǎng)，當(dāng)時它雖然好用，但是由于對流體力學(xué)的認(rèn)識不足，人們往往把設(shè)計重心放在蒼蠅拍的手柄上，殊不知蒼蠅拍上孔洞的分布才是能打到蒼蠅的核心設(shè)計。

蒼蠅拍表面的孔洞分布影響著氣流流動的方向。為此，研究者們嘗試了19種不同的孔洞排列方式，用膠帶把蒼蠅拍不同位置的孔洞封起來，再將其放入風(fēng)洞進行專業(yè)的分析。

有這么幾個要點：

我們已經(jīng)知道，像手掌這樣，沒有孔洞的無滑移邊界會產(chǎn)生“風(fēng)”，對打蒼蠅造成氣流干擾。

而如果一個蒼蠅拍就是像傳統(tǒng)鐵絲網(wǎng)，全開孔，這種滲透性表面能穿透空氣，但是打起來感覺有點“軟軟的”，其實是缺乏升力，拍擊起來缺一點力度。雖然容易打到蒼蠅，但拍不死。

早期的蒼蠅拍將設(shè)計重點放在了手柄上，但事實上孔洞的影響可能更大。｜參考資料4

而聰明的蒼蠅拍，應(yīng)該是“局部開孔”。在實驗中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蒼蠅拍上部的孔洞開放時，既能流出空氣，又能保持良好的升力，能夠快準(zhǔn)狠地打蚊子。

3.4.5三個上端開口的蒼蠅拍是比較好用的。｜參考資料1

一個蒼蠅拍，不僅包含著豐富的物理知識，甚至還能玩出花來？世界上真的有人是蒼蠅拍狂熱愛好者。Iza van Riemsdijk從1989年起就開始滿世界收集蒼蠅拍，如今她已經(jīng)收集了3300只蒼蠅拍，這些蒼蠅拍尺寸形狀各異，有著豐富的花色和大小。

這款粉色的蒼蠅拍是Iza van Riemsdijk收藏的第一支蒼蠅拍。｜secondwavemedia.

Iza van Riemsdijk甚至還辦了自己的“蒼蠅拍展覽”，從蒼蠅拍的歷史，設(shè)計發(fā)展到蒼蠅拍的色彩和設(shè)計元素應(yīng)有盡有。

蒼蠅拍里真是藏著不少科學(xué)和藝術(shù)啊……下次當(dāng)你打蒼蠅時，不如體會一下其中所蘊含的流體力學(xué)原理～

而且世界上真的有很多有趣的蒼蠅拍?。鼌⒖假Y料4

參考資料

[1]https://pubs.aip.org/aip/pof/article/36/1/017105/2932767/Influence-of-the-porosity-pattern-on-the

[2]https://asmedigitalcollection.asme.org/FEDSM/proceedings-abstract/FEDSM2024/88124/V001T03A014/1205533

[3]https://www.hetnatuurhistorisch.nl/exposities/geweest/geweest-2015/vliegenmeppers/

[4]https://www.threads.com/@presentandcorrect/post/DAJqucEOEBN?hl=en

將“把科學(xué)帶回家”

不錯過每條有趣科學(xué)推文！

原創(chuàng)文章版權(quán)歸微信公眾號
“把科學(xué)帶回家”所有

轉(zhuǎn)載請聯(lián)系：bd@wanwuweb.com

凡本公眾號轉(zhuǎn)載、引用的文章 、圖片、音頻、視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有人所有，因此產(chǎn)生相關(guān)后果，由版權(quán)所有人、原始發(fā)布者和內(nèi)容提供者承擔(dān)，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除。